JP4259741B2 - インクジェット記録装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェット記録装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段を駆動することでインク流路内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
【０００３】
従来、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるバブル型のもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを平行に配置し（これにより形成されるギャップを「平行ギャップ」と称する。）、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの（特開平６−７１８８２号公報参照）などが知られている。
【０００４】
ところで、インクジェットヘッドは、ノズルからインク滴を吐出するため、インク粘度が環境によって変化すると、安定したインク滴吐出特性（滴速度Ｖｊ、滴体積Ｍｊ、滴噴射方向の曲がり）が得られなくなり、画像品質が劣化する。また、環境変化だけでなく、非印字時にインク粘度が高くなると、ノズルの目詰まりが生じて、著しく画像が劣化する。特に、画質を向上するために、吐出インク滴を微小化しなければならないことから、ノズルの小径化が進んでおり、一層ノズルの目詰まりが生じ易くなっている。さらに、目詰まりを起こさないまでも、非印字時間の長さによって、次に印字信号が入力された際の滴吐出特性に差が生じて画質が低下する。
【０００５】
そこで、例えば再公表特許ＷＯ９７／３２７２８に記載されているように、単一周期の基準信号に同期して、インク滴吐出が可能な振幅の第１の電気パルスと、この第１の電気パルスの振幅より小さく、ノズル内のインクをノズル内で流動させる第２の電圧パルスのいずれか一方を、目詰まり防止の回復処理動作時と印刷行程中に各圧力発生手段に印加するインクジェットプリンタの駆動方法が知られている。
【０００６】
このインクジェットプリンタの駆動方法にあっては、第１の電気パルスと第２の電気パルスを同じタイミングで選択的に各圧力発生手段に印加するため、インクジェットヘッドのエネルギー発生手段をなす共通電極（振動板）と個別電極のうち、共通電極に与える電圧を切り換えるスイッチ手段と、個別電極の電圧を切り換えるスイッチ手段とを有し、かつ個別電極には２つの水準の電圧を切り換えて与えるようにしている。
【０００７】
また、従来、二種類の駆動パルスを選択的にヘッドに与える構成としては、図１９に示すように、二種類の駆動パルス（吐出パルスとメニスカス振動パルス）を同じタイミングで並列的に発生させて、３端子スイッチ２０１を用いていずれかの駆動パルスをエネルギー発生手段２０２に与える構成が採用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインクジェットヘッドの駆動方法にあっては、第１の電気パルスとこの第１の電気パルスより振幅の小さな第２の電気パルスを同じタイミングで選択的に各圧力発生手段に印加するため、回路構成が複雑になり、コストが高くなる。また、二種類の駆動パルスを同じタイミングで発生させて、３端子スイッチを用いていずれかの駆動パルスを選択する場合、３端子スイッチは実質的にスイッチが２個必要になってコストが高くなり、しかもノズル数分必要なために多ノズル化の下ではコスト増が著しくなる。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、単純な構成で、振動板の耐久性を確保しながら、インクメニスカスを振動させてノズルの目詰まりを防止するインクジェット記録装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェット記録装置及び画像形成装置は、
１駆動周期内でインク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列で生成出力する手段と、
印字信号に応じて第１駆動波形を選択し、印字信号とは関係なく、ｎ回（ｎは２以上の整数）の駆動周期毎に発生されるメニスカス振動選択信号に応じて第２駆動波形を選択して複数の電極に同時に印加させる手段と
を備えたものである。
【００１２】
これらの各インクジェット記録装置において、温度及び／又は湿度の検出結果に基づいてメニスカス振動選択信号による第２駆動波形の選択頻度を変更することが好ましい。また、第１駆動波形は複数のパルスからなり、印字信号に応じてパルス数を選択する手段を備えていることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００１４】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００１５】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００１６】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクをヘッド１４内に供給する。
【００１７】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００１８】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板とこれに対向する電極とを備え、静電力で振動板を変形変位させてインクを加圧する静電型インクジェットヘッドを用いている。
【００１９】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２０】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２１】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００２２】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００２３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００２４】
次に、このインクジェット記録装置のヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図６を参照して説明する。なお、図３はインクジェットヘッドの分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの振動板長手方向に沿う要部拡大断面説明図、図６は同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部拡大断面図である。
【００２５】
インクジェットヘッド４０は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第一基板である流路基板４１と、この流路基板４１の下側に設けたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板等を用いた第二基板である電極基板４２と、流路基板４１の上側に設けた第三基板であるノズル板４３とを備え、複数のインク滴を吐出するノズル４４、各ノズル４４が連通するインク流路である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８などを形成している。
【００２６】
流路基板４１には加圧室４６及びこの加圧室４６の壁面である底部をなす第１電極を兼ねた振動板５０を形成する凹部を形成し、ノズル板４３には流体抵抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と電極基板４２には共通液室流路４８を形成する貫通部を形成している。
【００２７】
ここで、流路基板４１は、例えば単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板４２と接合した後、加圧室４６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、多結晶シリコン基板で振動板５０を形成する場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板４２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去することで形成できる。
【００２８】
なお、振動板５０に別途電極膜を形成してもよいが、上述したように不純物の拡散などによって振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板５０の電極基板４２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳiＯ₂等の酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ₄等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。さらに、この流路基板１には共通電極を設けている。この共通電極は、Ａｌ等の金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することにより付設しており、流路基板１との導通を確保して、半導体基板よりなる流路基板１とオーミックコンタクトを取っている。
【００２９】
また、電極基板４２には酸化膜層４２ａを形成し、この酸化膜層４２ａの部分に凹部５４を形成して、この凹部５４底面に振動板５０に対向する第２電極である電極１５を設け、振動板５０と電極５５との間に所定のギャップ５６（ギャップ０．２μｍとしている。）を形成し、これらの振動板５０と電極５５とによってアクチュエータ部を構成している。なお、電極５５表面にはＳiＯ₂膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ₄膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、電極表面５５に電極保護膜５７を形成しないで、振動板５０側に絶縁膜を形成することもできる。
【００３０】
これらの流路基板４１と電極基板４２との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば電極基板４２がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施する。また、電極基板４２がガラスの場合、陽極接合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路基板４１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００３１】
また、電極基板４２の電極５５としては、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４２をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）を形成する必要がある。電極基板４２にガラス等の絶縁性材料を用いる場合には電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００３２】
また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００３３】
ノズル板４３は多数のノズル４４を二列配置して形成したものであり、吐出面には撥水処理を施している。ここでは、このノズル板４３はＮｉ電鋳工法で製作しているが、この他、例えば樹脂と金属層の複層構造のものなども用いることができる。このノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合している。
【００３４】
このインクジェットヘッド４０ではノズル４４を二列配置し、この各ノズル４４に対応して加圧室４６、振動板５０、電極５５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右の加圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００３５】
そして、インクジェットヘッド４０の電極５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａとし、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０を搭載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板４２とノズル板４３との間は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止している。
【００３６】
さらに、インクジェットヘッド４０全体をフレーム部材６５上に接着剤で接合している。このフレーム部材６５にはインクジェットヘッド４０の共通液室流路４８に外部からインクを供給するためのインク供給穴６６を形成しており、またＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。
【００３７】
このフレーム部材６５とノズル板４３との間は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止し、撥水性を有するノズル板４３表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止している。
【００３８】
そして、このヘッド１４のフレーム部材６５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０が連結されて、フィルタ７１を介してインクカートリッジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室流路４８にインクが供給される。
【００３９】
このインクジェットヘッド４０においては、振動板５０を共通電極とし、電極５５を個別電極として、振動板５０と電極５５との間に駆動電圧を印加することによって、振動板５０と電極５５との間に発生する静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位し、この状態から振動板５０と電極５５間の電荷を放電させることによって振動板５０が復帰変形して、加圧室４６の内容積（体積）／圧力が変化することによって、ノズル４４からインク滴が吐出される。
【００４０】
すなわち、個別電極とする電極５５にパルス電圧を印加すると、共通電極となる振動板５０との間に電位差が生じて、個別電極５５と振動板５０の間に静電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、その復元力により加圧室４６内の圧力が高くなり、ノズル４４からインク滴が吐出される。この場合、振動板５０を電極５５（実際には絶縁保護膜５７表面）に当接するまで変位させる方式を当接駆動方式、振動板５０を電極５５に当接させない位置まで変位させる方式を非当接駆動方式と称する。
【００４１】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図７を参照して説明する。
この制御部は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュータ（以下、「ＣＰＵ」と称する。）８０と、プログラム、駆動波形の電圧値データなどの所要の固定情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等として使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像データを処理したデータを格納する画像メモリ８３と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、入力バッファ８５と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、波形生成回路８７と、ヘッド駆動回路（ドライバＩＣ）８８及びドライバ８９等を備えている。
【００４２】
ここで、ＰＩＯポート８４にはホスト側から画像データなどの各種情報、図示しない操作パネルからの信頼性回復指示情報等の各種指示情報、用紙の始端、終端を検知する紙有無センサからの検知信号、キャリッジ１３のホームポジション（基準位置）を検知するホームポジションセンサ、環境温度を検出（検知）する温度センサ９１、環境湿度を検出（検知）する湿度センサ９２等の各種センサからの信号等が入力され、またこのＰＩＯポート８４を介してホスト側や操作パネル側に対して所要の情報が送出される。
【００４３】
また、波形生成回路８７は、インクジェットヘッド４０の振動板５０と電極５５との間にインク滴を吐出させるエネルギーを発生する、つまり、振動板５０をインク滴が吐出するだけの変位量、タイミングで電極５５側に変位させるインク滴を吐出するための第１駆動波形（以下「吐出パルス」ともいう。）Ｐ１と、振動板５０をインク滴が吐出しないだけの変位量、タイミングで電極５５側に変位させる第２駆動波形（以下「メニスカス振動波形」又は「メニスカス振動パルス」という。）Ｐ２とを時系列で生成して出力する。
【００４４】
ヘッド駆動回路（ドライバＩＣ）８８は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる各種データ及び信号に基づいて、ヘッド１４の各ノズル４４に対応するエネルギー発生手段（振動板５０と電極５５）に対して吐出パルスＰ１及び／又はメニスカス振動パルスＰ２を印加する。さらに、ドライバ８９は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる駆動データに応じて主走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制御することで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査し、搬送ローラ２４を回転させて用紙３を所定量搬送させる。
【００４５】
次に、本発明の第１実施形態に係るこのインクジェット記録装置におけるヘッド駆動制御部について図８を参照して説明する。
このヘッド駆動制御部は、前述したＣＰＵ８０、ＲＯＭ８１、ＲＡＭ８２及び周辺回路等を含む主制御部１０１と、波形生成回路８７と、アンプ１０２と、駆動回路（ドライバＩＣ）１０３等とを備えている。
【００４６】
主制御部１０１は、波形生成回路８７に対して吐出パルスＰ１とメニスカス振動パルスＰ２を生成するためのデータを与え、ドライバＩＣ１０３に対して印字信号（シリアルデータである）ＳＤ、シフトクロックＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴ、メニスカス振動選択信号（１／ｎ）などを与える。このメニスカス振動選択信号（１／ｎ）は、ｎ回の駆動周期に１回の割合でメニスカス振動を選択する（ここでは「１」になる。）信号である。
【００４７】
波形生成回路８７は、インクジェットヘッド４０のアクチュエータ部に対してノズル４４からインク滴を吐出させる吐出パルスＰ１と、ノズルからインク滴を吐出させない程度に振動板５０を変形させるメニスカス振動パルスＰ２とを１駆動周期内で時系列で生成して出力する。
【００４８】
この波形生成回路８７にはＤ／Ａ変換器を用いて主制御部１０１から与えられる電圧値データをＤ／Ａ変換することにより吐出パルスＰ１及びメニスカス振動パルスＰ２を時系列で生成出力するようにしている。主制御部１０１のＲＯＭ８１には各パルスＰ１、Ｐ２を一体とするデータを格納しており、このＲＯＭ８１と波形生成回路８７で吐出パルスＰ１とメニスカス振動パルスＰ２を時系列で生成して出力する手段を構成している。
【００４９】
ドライバＩＣ１０３は、印字信号ＳＤに応じて波形生成回路８７から与えられる吐出パルスＰ１を選択して各個別電極５５に印加し、また、印字信号ＳＤとは独立したメニスカス振動選択信号（１／ｎ）に応じてメニスカス振動パルスＰ２を選択して複数の電極５５に同時に印加する。
【００５０】
すなわち、ドライバＩＣ１０３は、主制御部１０１からのシリアルクロックＣＬＫ及び印字信号であるシリアルデータＳＤを入力するシフトレジスタ１０５と、シフトレジスタ１０５のレジスト値を主制御部１０１からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路１０６と、ラッチ回路１０６の出力値とメニスカス振動選択信号（１／ｎ）が入力される割り込み回路１０９と、割り込み回路１０９の出力値をレベル変化するレベル変換回路１０７と、このレベル変換回路１０７でオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ１０８と、からなる。アナログスイッチアレイ１０８は、インクジェットヘッド４０のｍ個（ノズル数をｍ個とする。）の個別電極５５に接続したアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍからなる。なお、インクジェットヘッド４０の共通電極となる振動板５０は接地している。
【００５１】
そして、このシフトレジスタ１０５にシフトクロックに応じてシリアルデータ（印字信号）ＳＤを取込み、ラッチ回路１０６でラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ回路１０５に取り込んだシリアルデータＳＤをラッチして割り込み回路１０９を介してレベル変換回路１０７に入力する。このレベル変換回路１０７は、データの内容に応じて各アクチュエータ部の個別電極５５に接続しているアナログスイッチＡＳｎ（ｎ＝１〜ｍ）をオン／オフする。
【００５２】
このアナログスイッチＡＳｎ（ｎ＝１〜ｍ）には波形生成回路８７からアンプ１０２を介して駆動波形Ｐｖ（吐出パルスＰ１及びメニスカス振動パルスＰ２）を与えているので、アナログスイッチＡＳｎ（ｎ＝１〜ｍ）がオンしたときの駆動波形Ｐｖが選択されて個別電極５５に与えられる。
【００５３】
また、割り込み回路１０９は、ラッチ回路１０６の出力値とメニスカス振動選択信号（１／ｎ）との論理和をとるＯＲ回路１０９ａなどからなり、メニスカス振動選択信号（１／ｎ）が「１」のときにはラッチ回路１０６の出力値とは関係なく、出力を「１」にしてレベル変換回路１０７を介してすべての個別電極５５のアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍをオン状態にする。
【００５４】
したがって、メニスカス振動選択信号（１／ｎ）が「１」のときには印字信号ＳＤに関係なくメニスカス振動パルスＰ２がすべての個別電極５５に印加されることになる。なお、メニスカス振動選択信号を複数にして、ブロックに分割した個別電極５５にブロック単位で印加するようにすることもできる。
【００５５】
次に、このように構成したインクジェット記録装置の作用について図９以降をも参照して説明する。
先ず、上述した構成のインクジェットヘッドにおけるインク滴吐出特性（インク滴吐出速度Ｖｊ及びインク滴体積Ｍｊ）の駆動波形（駆動信号）のパルス幅ＰＷに対する依存性について図９を参照して説明する。
【００５６】
インクジェットヘッド４０の電極５５にパルス電圧が印加されて振動板５０が引き付けられる時には、加圧室４６内には負圧が生じている。圧力は加圧室４６の固有振動数で振動するので、パルス立ち下げ時の圧力は、パルス立ち上げ時の残留圧力振動と、復元圧力の重ね合せになる。
【００５７】
したがって、静電型インクジェットヘッド４０においては、印加するパルス電圧のパルス幅によってインク滴吐出特性に差が生じる。すなわち、例えば、図９に示すように、吐出特性（吐出滴速度Ｖｊ、吐出滴質量Ｍｊ）は、パルス幅ＰＷによる圧力の重ね合せのタイミングによって変動する。
【００５８】
この図９に示す例の場合、パルス幅ＰＷを４μsecより狭く設定した場合、吐出滴速度Ｖｊ及び吐出滴体積Ｍｊが第１のピークになるパルス幅と次の第２のピークになるパルス幅の間のパルス幅に設定した場合では、インク滴が吐出されないことが分かる。
【００５９】
つまり、パルス電圧の印加により振動板５０が変位し始めて、ギャップ長の１／３の位置に達するまでの時間内にパルスを立ち下げるような、短い時間の（パルス幅の狭い）パルスや、圧力振動が相殺されるようなタイミングに当たるパルス幅では、振動板５０はインク滴が吐出するほどの復元力にならないため、インク滴は吐出せずにノズル４４内のメニスカスが振動するのみとなる。
【００６０】
また、パルス立ち下げ時間を長くとり、振動板５０の変位の復元をゆっくり行うことでも、インク滴を吐出させずにノズル４４内のメニスカスのみを振動させることが可能である。これらの特性を積極的に利用することで、インクの増粘によるノズル目詰まりを予防することができる。
【００６１】
そこで、ヘッド駆動制御部の主制御部１０１と波形生成回路８７によって、駆動波形（駆動電圧）Ｐｖとして、図１０（ａ）に示すように、パルス幅ＰＷ１のパルスを吐出パルスＰ１とし、吐出パルスＰ１よりも狭いパルス幅ＰＷ２の二個のパルスからなるメニスカス振動パルスＰ２をヘッドの１駆動周期で繰り返し時系列で生成出力する。なお、ＲＯＭ８１には吐出パルスＰ１とメニスカス振動パルスＰ２とのデータをパルス間隔を含めて一纏めにして書き込んでいる。
【００６２】
この波形生成回路８７から１駆動周期毎に出力される吐出パルスＰ１と２個のパルスからなるメニスカス振動パルスＰ２はアンプ１０２を介してドライバＩＣ１０３のアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍに与えられている。
【００６３】
ここで、主制御部１０１から印字信号ＳＤを与えることによって、例えば図１０（ｃ）に示すように、ドライバＩＣ１０３のアナログスイッチＡＳｎ（ｎ＝１〜ｍのいずれか）がオン又はオフし、アナログスイッチＡＳｎがオンしている間に入力される吐出パルスＰ１は同図（ｅ）に示すように、スイッチＡＳｎに対応するインクジェットヘッド４０の個別電極５５に与えられる。
【００６４】
また、主制御部１０１は、同図（ｂ）に示すように２駆動周期毎に駆動周期内のタイミングＴｍの間オン（「１」）になるメニスカス振動選択信号（１／ｎ）を割り込み回路１０９に出力する。したがって、同図（ｄ）に示すように、メニスカス振動選択信号（１／ｎ）が「１」の間（タイミングＴｍの間）、ドライバＩＣ１０３のアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍがオンし、同図（ｅ）に示すように２駆動周期毎にメニスカス振動パルスＰ２がすべてのアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍに対応するインクジェットヘッド４０のすべての個別電極５５に印加される。
【００６５】
なお、ここでは、駆動波形の条件は、図９のパルス幅特性を参考にメニスカスの振動に使うメニスカス振動パルスＰ２のパルス幅を２μｓ、インク滴吐出に使う吐出パルスＰ１のパルス幅を６μｓ、電圧は両パルスとも３０Ｖに設定した。パルス幅２μｓのパルスでは、インク滴は吐出せず、メニスカスを振動させることができる。また、メニスカス振動パルスＰ２は２個のパルスを並べたが、パルス数はこれに限ったものではない。さらに、メニスカス振動選択信号（１／ｎ）は２駆動周期毎にメニスカス振動を選択する信号（ｎ＝２）としたが、３以上の駆動周期毎にメニスカス振動を選択する信号（ｎ＝３…）とすることもできる。
【００６６】
このように、インク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させないでメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列で生成出力する手段を備えることにより、そのいずれかを選択してインクジェットヘッドに与えるようにでき、ノズルのインクメニスカスを振動させて目詰まりを防止することができる。この場合、第１駆動波形と第２駆動波形とを時系列で生成出力することにより、各ノズル４４に対して、第１駆動波形と第２駆動波形とを選択するスイッチ手段（アナログスイッチ）が１個で済むので、３端子スイッチを用いた場合よりも構成が簡単になり低コストが図れる。
【００６７】
そして、インク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列に生成出力し、印字信号とは独立したメニスカス振動選択信号によって第２駆動波形は選択して電極に印加させることで、印字信号によってメニスカス振動波形を選択制御しなくても、メニスカス振動を適当な回数に設定することができ、必要以上に振動板を振動させることがないので耐久性が向上し、また省電力化にもつながる。さらに、例えば図１１に示すように、メニスカス振動の選択に関するデータを印字信号として転送する必要もなくなる。
【００６８】
そして、メニスカス振動の効果により、非印字が続くノズルに対してもインク攪拌が行われ、インク増粘によるインク滴吐出特性の変動を抑えて、印字画像の乱れを予防して、より高品質の画像を得ることができる。
【００６９】
なお、メニスカス振動波形（第２駆動波形）は、上述したように第１駆動波形（吐出パルス）と同じ電圧値のパルス波形に限るものではなく、電圧の波高値を吐出パルスよりも小さくしたパルス、パルスの立ち下がりを緩やかにしたパルス、図９にあるようなパルス特性のピークとピークの間にあるインクを吐出しないパルス幅のパルス等を利用することができる。また、電圧が低ければ、正弦波など、パルス状でなくても良い。
【００７０】
次に、本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録装置におけるヘッド駆動制御部について図１２乃至図１４を参照して説明する。
この実施形態のドライバＩＣ１１３には、上記第１実施形態の割り込み回路１１２に代えて、主制御部１０１からのゲート信号Ｇ及びメニスカス振動選択信号（１／ｎ）を入力するゲート／選択回路１１４を設けている。
【００７１】
このゲート／選択回路１１４は、図１３に示すように、印字信号（ラッチ回路１０６のラッチ出力）とゲート信号Ｇとの論理積をとるアンド回路１１５ａを用いたゲート回路１１５と、印字信号（ラッチ回路１０６のラッチ出力）を反転した信号（インバータ１１６ｂの出力）とメニスカス振動選択信号（１／ｎ）との論理積をとるアンド回路１１６ａを用いたメニスカス振動選択回路１１６と、ゲート回路１１５の出力とメニスカス振動選択回路１１６の出力との論理和をとるＯＲ回路１１４ａとを有している。
【００７２】
ここで、主制御部１０１から出力するメニスカス振動選択信号（１／ｎ）は、前記第１実施形態と同様に、図１４（ｂ）に示すように駆動周期のｎ回（ここでは２回）毎にメニスカス振動パルスＰ２のタイミングでオンしてメニスカス振動を選択する信号である。また、ゲート信号Ｇは、同図（ｃ）に示すように、１駆動周期内の吐出パルスＰ１のタイミングでオンする信号である。
【００７３】
したがって、ゲート／選択回路１１４は、印字信号ＳＤがオンでゲート信号ＧがオンのときにはアナログスイッチＡＳ１がオンになり、吐出パルスＰ１を印加させ、印字信号ＳＤがオフでメニスカス振動選択信号（１／ｎ）がオンのときにも、その出力がオンになってアナログスイッチＡＳｎはオンになる。これにより、印字信号がオフの非印字ノズルについてのみメニスカス振動パルスＰ２が印加される。
【００７４】
このように、印字信号（パラレルデータ）によって、直接アナログスイッチのオン／オフを決定するのではなく、印字信号によって、ゲート信号Ｇと、メニスカス振動選択信号（１／ｎ）のいずれを選択している。ここで、駆動周期に対してメニスカス振動選択信号をオンする頻度を変えることで、非印字ノズルのメニスカス振動を適当な頻度に設定でき、必要以上に振動板を振動させることがないので耐久性が向上し、省電力化にもつながる。
【００７５】
また、メニスカス振動選択信号をオンにした駆動周期では、吐出パルス（第１駆動波形）かメニスカス振動パルス（第２駆動波形）のいずれか一方の電圧は必ず印加されるため、この駆動周期でインクを攪拌していると考えてよい（吐出ビットのインクは入れ替わるので、全ビットについてインク増粘防止作用がある。）。
【００７６】
これにより、非印字が続くノズルに対してもインク攪拌が行われ、インク増粘によるインク滴吐出特性の変動を抑えて、印字画像の乱れを予防して、より高品質の画像を得ることができる。
【００７７】
次に、本発明の第３実施形態に係るインクジェット記録装置のヘッド駆動制御部について図１５乃至図１７を参照して説明する。
この実施形態においては、主制御部１０１及び波形生成回路８７から生成出力する駆動波形は、図１６（ａ）に示すように複数（ここでは３個）の吐出パルスＰ１とメニスカス振動パルスＰ２とを時系列化して形成している。
【００７８】
そして、印字信号ＳＤに応じてドライバＩＣ１１８により吐出パルスＰ１のパルス数を選択することで階調を表現している。すなわち、図１５に示すように、ドライバＩＣ１１８は、シリアルの印字信号ＳＤをシフトレジスタ１０５と２つのラッチ１０６ａ、１０６ｂにより、各ノズルに対して２ビット情報に変換し、この２ビット情報をデコーダ１１９に対するデコード信号（２ビットなので２ライン必要）によるロジック計算で復元して、アナログスイッチＡＳｎのオン／オフ時間を設定する。
【００７９】
これにより、図１６（ｃ）に示すように印字信号ＳＤＡがオンの間同図（ｄ）に示すようにアナログスイッチＡＳＡがオンして、このオン時間に応じたパルス数の吐出パルスＰ１が電極５５Ａに印加される。
【００８０】
この場合、図１７に示すように、１駆動周期内に２ビット分のデータを送れば良いので、吐出パルスＰ１の各パルス毎に印字信号ＳＤを転送するよりも転送レートが低くなり、これは、多ノズル化、高速化に有利である。ただし、印字信号ＳＤでメニスカス振動を選択しようとすると、「メニスカス振動」と全く駆動しない場合「０」を区別するために、「メニスカス振動」を多値化階調の一段階として扱わなければならず、一階調を犠牲にする必要がある。例えば、２ビット４階調「０」「小」「中」「大」→「０」「メニスカス振動」「小」「大」の３階調になる。
【００８１】
そこで、ここでは、図１６に示すように、ドライバＩＣ１１８のデコーダ１１９に対してメニスカス振動選択信号（１／ｎ）を与えて、表１に示すように印字信号ＳＤが非吐出（ビット１＝０、ビット２＝０）の場合には、メニスカス振動選択信号（１／ｎ）に基づいてアナログスイッチＡＳｎのオン／オフを決定するようにしている。
【００８２】
【表１】

【００８３】
すなわち、図１６（ｆ）に図示の期間印字信号ＳＤＢが「０」（オフ）になっている非印字のノズルを例にして示しているように、このノズルが対応するアナログスイッチＡＳＢは、同図（ｂ）に示すメニスカス振動選択信号（１／ｎ）がオンの間だけオンになり、同図（ｈ）に示すように、対応する個別電極５５Ｂにはメニスカス振動パルスＰ２が印加される。
【００８４】
この場合、非印字ノズルのインク攪拌（メニスカス振動）頻度は、駆動周期に対してメニスカス振動選択信号（１／ｎ）をオンにする頻度を変えることで容易に設定でき、階調性を犠牲にすることもなく、必要以上に振動板を振動させることがないので耐久性が向上し、また省電力化にもつながる。この例ではメニスカス振動周期が駆動周期の２倍になっているが、これに限るものでもない。
【００８５】
また、メニスカス振動によるインク攪拌の効果により、非印字が続いたノズルに対しても、インク増粘によるインク滴吐出特性の変動を抑えて、印字画像の乱れを予防して、より高品質の画像を得ることができる。
【００８６】
なお、メニスカス振動選択信号をオンにした駆動周期では、吐出パルスのいくつか、あるいはメニスカス振動波形の電圧は必ず印加されるため、この周期でインクを攪拌していると考えてよい。また、多値化駆動の場合、吐出パルスの各パルスで吐出したインク滴が紙面上に到達する前にマージすることが好ましい。
【００８７】
次に、本発明の第４実施形態について図１８を参照して説明する。
この実施形態では、温度センサ９１及び湿度センサ９２の検出結果に基づいてメニスカス振動パルスＰ２を選択する頻度を変更するようにしている。
【００８８】
すなわち、同図に示すように、主制御部１０１は、温度センサ９１からの検知信号を取り込んで環境温度を検出し、湿度センサ９２からの検知信号を取り込んで環境湿度を検出する。
【００８９】
そして、これらの検出した環境温度、環境湿度に基づき、例えば温度が３０℃以上か否かを判別し、温度が３０℃以上であれば、湿度が２０％以下か否かを判別して、湿度２０％以下であれば、すなわち、温度３０℃以上で且つ湿度２０％以下のときには、インクメニスカス振動選択信号（１／ｎ）の周期ｎを２回に設定する。これにより、２駆動周期毎に１回メニスカス振動パルスＰ２が印加されてメニスカス振動が行われる。
【００９０】
これに対して、温度が３０℃以上であるが、湿度が２０％を越えているときには、周期ｎを４回に設定して、４駆動周期毎に１回メニスカス振動パルスＰ２を印加させ、また、温度が３０℃未満であれば、周期ｎを６回に設定して、６駆動周期毎に１回メニスカス振動パルスＰ２を印加させる。
【００９１】
つまり、インクジェットヘッドにおけるノズル部のインク増粘は外部環境（温度や湿度）によって大きく異なる。例えば、メニスカス振動パルスによるインク攪拌を行わない場合、パージした後に吐出不安定が発生するまで時間は、外部環境が温度２０℃−湿度５０％の場合に比べて、 温度３０℃−湿度２０％では、半分程度の短い時間になる。これは、外部が乾燥し易い環境で、ノズル部のインク増粘が速いからである。
【００９２】
一方、メニスカス振動を多く与え過ぎても、ノズル部のインク増粘を防止する効果は変わらない。特に、外部が乾燥し難い環境では、インク攪拌回数は少なくとも差し障りはない。
【００９３】
そこで、本発明では、環境（温度及び／又は湿度）によってメニスカス振動させる回数を変更するようにしている。具体的には、上述したように、メニスカス振動選択信号をオンする周期ｎを変更するようにしている。これにより、ノズル部のインク増粘速度に合わせて、メニスカス振動の回数を適切に選択することができ、インク攪拌による増粘防止によってインク滴吐出特性の変動を抑えることができて高品質の画像を得られるとともに、振動板の振動回数を少なくできるので、振動板の耐久性確保、省電力駆動をすることが可能となる。
【００９４】
なお、上記各実施形態においては、静電型インクジェットヘッドの振動板と電極の平面形状を矩形とした例で説明したが、平面形状を台形、三角形とすることもできる。また、上記各実施形態ではインクジェットヘッドは振動板と液室とを振動板／液室基板として同一部材から形成しているが、振動板と液室形成部材とを別部材で形成して接合することもできる。
【００９５】
また、本発明で駆動制御するインクジェットヘッドのノズル、加圧室、流体抵抗部、共通流路液室の形状、配置、形成方法は適切に変更することができる。例えば、上記実施形態においては、ノズルは振動板の変位方向にインク滴が吐出するように形成したサイドシュータ方式のインクジェットヘッドであるが、ノズルを振動板の変位方向と交差する方向にインク滴が吐出するように形成したエッジシュータ方式のインクジェットヘッドでもよい。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明を適用することができる。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェット記録装置及び画像形成装置によれば、インク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列で生成出力する手段と、印字信号に応じて第１駆動波形を選択し、印字信号とは関係なく、ｎ回（ｎは２以上の整数）の駆動周期毎に発生されるメニスカス振動選択信号に応じて第２駆動波形を選択して複数の電極に同時に印加させる手段とを備えたので、振動板の耐久性を損なうことなく、インク増粘によるインク滴吐出特性の変動を抑え高品質の画像を得ると共に、メニスカス振動の選択を印字信号で行わないので、低コスト化が実現できる。更に、第１駆動波形を複数のパルスにし、パルス数を選択して多値化する場合、メニスカス振動を階調の1段階としなくて良いので階調性が維持できる。
【００９７】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列で生成出力する手段と、印字信号に応じて第１駆動波形を選択し、印字信号とメニスカス振動選択信号に応じて第２駆動波形を選択して非印字の複数の電極に同時に印加させる手段とを備えたので、振動板の耐久性を確保しつつ、インク増粘によるインク滴吐出特性の変動を抑え高品質の画像を得ると共に、メニスカス振動の選択を印字信号で行わないので、低コスト化が実現できる。更にまた、第１駆動波形を複数のパルスにし、パルス数を選択して多値化する場合、メニスカス振動を階調の1段階としなくて良いので階調性が維持できる。
【００９８】
これらの各インクジェット記録装置において、温度及び／又は湿度の検出結果に基づいてメニスカス振動選択信号による第２駆動波形の選択頻度を変更することによって、外部環境に応じた適切なメニスカス振動を行うことができて、インクの増粘によるインク滴吐出特性の変動を抑え高品質の画像を得ると共に、振動板の耐久性を確保することができる。
【００９９】
また、第１駆動波形は複数のパルスからなり、印字信号に応じてパルス数を選択する手段を備えていることで、印字信号のビット情報は多値化の階調として用いることができ、階調を犠牲にすることなく、インクの増粘によるインク滴吐出特性の変動を抑え、印字画像の乱れを予防し、より高品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図２】同機構部の側面説明図
【図３】同記録装置のヘッドの分解斜視説明図
【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図５】同ヘッドの振動板長手方向の拡大断面説明図
【図６】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図７】同記録装置の制御部の一例を示すブロック図
【図８】本発明の第１実施形態に係るヘッド駆動制御部を示すブロック図
【図９】同ヘッドの駆動波形のパルス幅と吐出滴速度及び吐出滴体積の関係を説明する説明図
【図１０】同ヘッド駆動制御部の作用説明に供する説明図
【図１１】同ヘッド駆動制御部の作用説明のうちのデータ転送の対比説明に供する説明図
【図１２】本発明の第２実施形態に係るヘッド駆動制御部を示すブロック図
【図１３】同実施形態のゲート／選択回路の詳細を説明する説明図
【図１４】同ヘッド駆動制御部の作用説明に供する説明図
【図１５】本発明の第３実施形態に係るヘッド駆動制御部を示すブロック図
【図１６】同ヘッド駆動制御部の作用説明に供する説明図
【図１７】同ヘッド駆動制御部の作用説明のうちのデータ転送の説明に供する説明図
【図１８】本発明の第４実施形態に係る主制御部の行う処理の一例を説明するフロー図
【図１９】従来のインクジェット記録装置のヘッド駆動部の説明に供する説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、３３…排紙ローラ、４０…インクジェットヘッド、４１…流路基板、４２…電極基板、４３…ノズル板、４４…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通流路液室、５０…振動板、５５…電極、５６…ギャップ、８７…波形生成回路、９１…温度センサ、９２…湿度センサ、１０１…主制御部、１０９…割り込み回路、１０３、１１０、１１３…ドライバＩＣ、１１４…ゲート／選択回路。

Claims (4)

1. インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路と、このインク流路の一部の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、
   １駆動周期内でインク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列で生成出力する手段と、
   印字信号に応じて前記第１駆動波形を選択し、前記印字信号とは関係なく、ｎ回（ｎは２以上の整数）の駆動周期毎に発生されるメニスカス振動選択信号に応じて前記第２駆動波形を選択して複数の前記電極に同時に印加させる手段と
   を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 請求項１に記載のインクジェット記録装置において、温度及び湿度の少なくともいずれかの検出結果に基づいて前記メニスカス振動選択信号による前記第２駆動波形の選択頻度を変更することを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記第１駆動波形は複数のパルスからなり、印字信号に応じてパルス数を選択する手段を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路と、このインク流路の一部の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有するインクジェットヘッドを搭載した画像形成装置において、
   １駆動周期内でインク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列で生成出力する手段と、
   印字信号に応じて前記第１駆動波形を選択し、前記印字信号とは関係なく、ｎ回（ｎは２以上の整数）の駆動周期毎に発生されるメニスカス振動選択信号に応じて前記第２駆動波形を選択して複数の前記電極に同時に印加させる手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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